Hidrogeologia vs. Engª do Ambiente · através dos poros, por acção da gravidade. A zona de...

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Hidrogeologia vs. Engª do Ambiente Hidrogeologia - Ramo das Geociências (Ciências da Terra) que se ocupa do estudo das águas subterrâneas. Grande desenvolvimento decorrente da necessidade de resolução de problemas de grande importância económica. Geologia: Leis relativas à existência e circulação das águas subterrâneas Enorme procura de água resultante do aumento da população e da industrialização. A contaminação das águas subterrâneas é uma das questões ambientais mais importantes. Interacção águas superficiais vs águas subterrâneas

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Hidrogeologia vs. Engª do Ambiente

Hidrogeologia - Ramo das Geociências (Ciências da Terra) que se ocupa do estudo das águas subterrâneas.

Grande desenvolvimento decorrenteda necessidade de resolução de problemas de grande importânciaeconómica.

Geologia:

Leis relativas à existência e circulação das águas subterrâneas

Enorme procura de água resultante do aumento da população e da industrialização.

A contaminação das águas subterrâneas éuma das questões ambientais maisimportantes.

Interacção águas superficiais vs águas subterrâneas

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Distribuição de água no Globo

Quadro da distribuição de água no Globo

Águas

superficiais

Lagos de água doce ………………………………………...

Lagos salgados e mares interiores ………………………….

Armazenamento temporário em rios e canais ……………...

0,009 %

0,008 %

0,0001 %

Águas

subterrâneas

Águas suspensas e gravíticas incluindo a humidade do solo

Águas armazenadas até 1 km de profundidade (algumas sãosalgadas ……………………………………………………..

Águas profundas (muitas são salgadas e não potáveis) …….

0,005 %

0,33 %

0,29 %

Outras águas

Calotes polares e glaciares ………………………………….

Atmosfera …………………………………………………..

Oceanos …………………………………………………….

2,15 %

0,001 %

97,2 % Dados procedentes do U.S. Geological Survey

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O ciclo hidrológico

Retirado de http://www.igm.ineti.pt/edicoes_online/diversos/agua_subterranea/ciclo.htm

O ciclo hidrológico

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O ciclo hidrológico (cont.)

Precipitação atmosférica - deslocamentos das massas atmosféricas dão origem a fenómenos de saturação do vapor da água contido na atmosfera.

Evapotranspiração - uma grande parte da água que se precipita sobre a superfície da Terra volta à atmosfera sob a forma de vapor.

Evaporação

+

Transpiração

EvapotranspiraçãoAcção acção da energia solar responsável pela manutenção do ciclo hidrológico.

A água subterrânea não atinge em geral a atmosfera por evaporação directa a não ser que o nível freático das formações aquíferas se encontre a poucos decímetros da superfície do solo.

Profundidade de 1m em solos arenosos

Profundidade de 3m em solos argilosos

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Para uma dada Bacia hidrográficaEscoamento superficial

Esc. Sup. = Precip. - Retenção superficial - infiltração - evaporação

ii) Intensidadeda precipitação

i) Duração da precipitação

iii) Morfologia da bacia hidrográfica

iv) Permeabilidade do solo superficial

v) Tipo de vegetação

vi) Profundidadedo nível freático

Escoamento superficial = f

Infiltração - Fortemente dependente da natureza do solo.

Volume de água que atinge a superfície de saturação dos aquíferos = volume total de infiltração - quantidade de água retida no solo.

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Movimento da água no solo

Zona de evapotranspiração – onde as plantas de fixam (1- 2 m)

(Todos os poros e interstícios estão saturados)

(ou de areação)

(ou nível freático)

Zona intermédia – a água não estádisponível para evapotranspiração

Franja capilar A água sobe por capilaridade (*)

(*) alguns mm nos terrenos arenosos; alguns m nos terrenos argilososAdaptado de http://www.igm.ineti.pt/edicoes_online/diversos/agua_subterranea/ciclo.htm

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Movimento da água no solo (cont.)

Ao infiltrar-se no solo a água passa pelas diversas zonas:

Zona de saturação

Aquíferos

Zona de evapotranspiração

Zona intermédia

Percolação - Escoamento de um líquido (água) num meio poroso não saturado (solo) através dos poros, por acção da gravidade.

A zona de água freática confina com um substracto compacto, cuja profundidade varia com a natureza geológica.

, a 15 000 em possantes depósitos sedimentaresex. a 3000 m – rochas ígneas e metamórficas

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Alguns parâmetros Hidrogeológicos fundamentais

Porosidade - é a propriedade que os solos e as rochas têm de possuir poros ou cavidades, e

exprime-se em %: P = (Vv / Vt) x 100

Vv = volume total de vazios

Vt = volume ocupado pelo solo ou rocha

32 % 17 %

Exemplos de formações geológicas com porosidades diferentes.

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Porosidade eficaz (ou rendimento específico) Pe = (Vac / Vt) x 100

Vac = volume de água extraído (*)

Vt = volume de terreno

(*) O volume Vac referido representa a quantidade de água que circula por acção da gravidade.

Capacidade de retenção específica de um solo ou rocha Cre = (Var / Vt) x 100

Var = volume de água que ele(a) pode reter (depois de atingir previamente a saturação)

Vt. Volume de rocha ou solo

Assim: Vv = Vac + Var donde P = Pe + Cre

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Nas formações geológicas, os espaços vazios podem estar conectados ou podemestar semi-fechados condicionando a passagem de água.

Esta característica designa-se por permeabilidade:

Por calcite

calcite

Porosidade vs Permeabilidade

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Permeabilidade de diferentes formações geológicas (exemplos)

Areias limpas - Formações muito porosas e permeáveis se os seus poros foremgrandes e bem interconectados.

Argilas e certos materiais vulcânicos - Formações impermeáveis, dado que apesarde terem muitos poros, eles são pequenos encontram-se fechados.

Rochas ígneas e metamórficas - São em geral formações de baixa porosidade, e como tal tendem a ser pouco permeáveis uma vez que as conexões entre os poros sãodifíceis de estabelecer.

Valores de porosidade e permeabilidade

Tipo de rocha Porosidade (%) Permeabilidade (m/dia)

Cascalheira 30 > 1000

Areia 35 10 a 5

Argila 45 < 0.001

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Tipos de Aquíferos

Aquífero:

i) formação geológica que armazena e permite a circulação subterrânea da água, ii) de onde é possível extrair a mesma, iii) durante um determinado período de tempo, iv) de forma economicamente viável e sem impactos ambientais negativos.

- toalha aquífera, - lençol freático - lençol de água.

Os aquíferos são frequentemente designados através de outras expressões que devem ser evitadas,

tais como:

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Tipos de Aquíferos (cont.)

Se as formações geológicas não são aquíferas então podem ser definidas como:

• Aquitardo – Formação geológica que pode armazenar água mas que a transmite lentamente não sendo rentável o seu aproveitamento a partirde poços e/ou furos de captação.

• Aquicludo - Formação geológica que pode armazenar água mas não a transmite (a água não circula).

• Aquífugo - Formação geológica impermeável que não armazena nemtransmite água.

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Tipos de Aquíferos (cont.)

No furo 1 a água sobe acima do tectodo aquífero;

a altura a que a água sobe chama-se nível piezométrico e o furo é artesiano.

Se a água atingir a superfície do terreno sob a forma de repuxo então o furo artesiano é repuxante.

Principais tipos de aquíferos

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Aquíferos em diferentesformações

Podemos dizer que existem essencialmente três tipos de aquíferos:

• Porosos - a água circula através de poros.

As formações geológicas podem ser detríticas (ex. areias limpas), por vezes consolidadaspor um cimento (ex. arenitos, conglomerados, etc.)

• Fracturados e/ou fissurados - a água circula através de fracturas ou pequenas fissuras.

As formações podem ser granitos, gabros, filões de quartzo, etc;

• Cársicos - a água circula em condutas que resultaram do alargamento de diaclases pordissolução. As formações são os diversos tipos de calcários.

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Circulação da águas nos meios porosos, fracturados e cársicos (fonte IGM)

Em muitos casos, os sistemas aquíferos são simultaneamente de mais de um tipo (ex.):

- Os granitos podem ter uma zona superior muito alterada onde a circulação é feitaatravés dos poros e uma zona inferior de rocha sã onde a circulação é feita porfracturas.

- Os calcários podem ser cársicos e fissurados circulando a água através de fissuras da própria rocha e de condutas.

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Classificação hidrogeológica das rochas

1) Rochas permeáveis em pequeno

2) Rochas permeáveis em grande

2a) – Rochas mediamente permeáveis2b) – Rochas fortemente permeáveis

Do ponto de vista de jazida e circulação das águas subterrâneas podemos classificar as rochas (no sentido geológico do termo) em:

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Rochas não consolidadas que inclui argilas, siltes, areias, seixos, calhaus, etc.

Os poros nestas rochas são constituídos pelos vazios existentes entre os seus elementos constituintes.

A porosidade, a permeabilidade, e o rendimento específico são função do tamanho das partículas e da sua homogeneidade.

Porosidade - exemplo de variação devido ao grau de homogeneidade e tamanho dos grãos.

Rochas permeáveis em pequeno

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Rochas medianamente permeáveis

Neste grupo vamos incluir as rochas consolidadas de natureza ígnea, sedimentar e metamórfica …… (excepto as rochas calcárias).

O ciclo das

rochas

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Rochas medianamente permeáveis (cont.)

A) O caso das rochasígneas plutónicas e das rochas metamórficas

As amostras de rochas plutónicas e metamórficas sãs apresentam uma porosidade total quase sempre inferior a 1%.

Os poros existentes neste tipo de rochas são muito pequenos e em geral não comunicam entre si.

Daqui resultam permeabilidades tão baixas que na maioria das rochas se consideram praticamente nulas.

São as fracturas e zonas as zonas de alteração que conduzem ao desenvolvimento de porosidades e permeabilidades apreciáveis.

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Rochas medianamente permeáveis (cont.)

Rochas plutónicas e metamórficas

Ensaios Laboratoriais(rochas não fracturadas)

Ensaios “in situ”

Permeabilidades1000 X superioresPermeabilidades de

0.01 mm/dia

Formações soltas c/ porosidade > 35%

Zonas fortementemeteorizadas A permeabilidade é maior na parte mais

profunda da zona de alteração do que narocha sã.

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Desfavoráveis FavoráveisTamanho das aberturas

Espaçamento entre fracturas

Interconecção

Características favoráveis e desfavoráveis de sistemas de fracturas para a circulação de águas subterrâneas.

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Condição sem recarga

Desfavoráveis Favoráveis

Orientação

Os furos interceptam poucasfracturas

Os furos interceptam mais fracturas

Cobertura de solo

Condição de maior de recarga

Características favoráveis e desfavoráveis de sistemas de fracturas para a circulação de águas subterrâneas.

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A permeabilidade média diminui, em geral, com a profundidade.

Rochas plutónicas e metamórficas

As diaclases, falhas e restantes fracturas tendem a fechar em profundidade sob o efeito do peso das rochas supra jacentes

Maciças

(1-5%)

Caso das rochas vulcânicas

Basaltos compactos

(porosidade 2 %)

Pedra pomes

(porosidade 85 %)

Filões de rochas vulcânicas

Vacuolares

(10 -50 %)

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Caso das formações

sedimentares não calcárias Rochas detríticas de

grão grosseiroRochas detríticas de

grão fino

A porosidade varia entre 5 e 30% dependendo do grau de homogeneidade e da simetria dos grãos.

A maior parte das rochas detríticas de grão fino possuem porosidades relativamente elevadas e baixas permeabilidade.

Natureza do cimentoA porosidade dos sedimentos de grão fino decresce com a profundidade (idade geológica)

A permeabilidade das formações gresosas é de 1 a 3 vezes menor do que a das mesmas formações não consolidadas 50 a 90 % - de 25 %

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Rochas fortemente permeáveis (rochas calcárias)

O rápido alargamento das diaclases e juntas de estratificação (por dissolução) transforma-se numa ampla rede de condutas.

Estas rochas são caracterizadas por alto rendimento específico e permeabilidade, muito embora sejam praticamente impermeáveis ao nível de amostras de mão

Modelado cársico. Localização de furos de captação “secos” e produtivos

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Exemplo de circulação das águas subterrâneas nos maciços calcários. Sumidoro, exsurgência e cifão.

Retirado de INAG: www.inag.pt/snirh